JP2009171057A

JP2009171057A - 増幅回路

Info

Publication number: JP2009171057A
Application number: JP2008004930A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Notake; 恭弘野竹; Shuichiro Uno; 修一郎宇野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: JP5147420B2

Abstract

【課題】出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように利得を変化させながら入力信号の増幅を行う場合に、出力信号の振幅が望ましい変化をするよう利得を制御できる増幅回路を提供する。
【解決手段】可変利得増幅器４が出力する出力信号の振幅を検出し、検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように可変利得増幅器４の利得を変化させる増幅回路であって、検出される出力信号の振幅に応じて決まる変化量で、可変利得増幅器４の利得を変化させる増幅回路である。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように、増幅器の利得を変化させながら入力信号の増幅を行う増幅回路に関する。

例えばマイクロフォンによって集音された音声などを表す電気信号を、その振幅が所定の基準値に近づくように利得を調整しながら増幅する、いわゆるＡＬＣ（Automatic Level Control）回路などの増幅回路がある（例えば特許文献１参照）。このような増幅回路においては、増幅器が出力する出力信号の振幅が所定の基準値を下回っている場合には利得を増加させ、逆に所定の基準値を上回っている場合には利得を減少させるように、増幅器の利得が制御される。
特開２００６‐４１７３２号公報

上記従来例の技術においては、出力信号の振幅と、所定の基準値と、の大小を比較した結果に基づいて、予め定められた所定の変化量で増幅器の利得が制御される。具体例として、従来の増幅回路は、ｄＢ（デシベル）を単位として一定時間ごとに決まった値だけ利得を変化させる制御を実行している。このような制御によると、例えば所定の基準値より小さな振幅の入力信号が増幅回路に入力された場合、増幅器の利得はｄＢスケールで線形に増加し、これに応じて出力信号の振幅は指数関数的に増加することとなる。図６は、上記従来例の増幅回路に対して、時刻ｔ＝０において小さな振幅の入力信号が入力された場合の、出力信号の振幅の変化の一例を示す波形図である。

上記従来例の増幅回路が例えば音声を表す信号を増幅する増幅回路である場合、図６に示すように、この増幅回路から出力される音声信号は、ある時点から急に音量が大きくなるように変化し、人間の耳に不自然に聞こえることがある。このように、単に所定の基準値と出力信号の振幅との間の大小の比較だけに基づいて利得を変化させると、出力される信号の振幅が不自然に変化する場合が生じうる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように利得を変化させながら入力信号の増幅を行う場合に、出力信号の振幅が望ましい変化をするよう利得を制御できる増幅回路を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明に係る増幅回路は、利得可変な増幅器と、前記増幅器が出力する出力信号の振幅を検出する振幅検出手段と、前記検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように、前記増幅器の利得を変化させる利得制御手段と、を含み、前記利得制御手段は、前記検出される出力信号の振幅に応じて決まる変化量で、前記増幅器の利得を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように利得を変化させながら入力信号の増幅を行う場合に、出力信号の振幅に応じて決まる変化量で増幅器の利得を変化させることにより、出力信号の振幅が望ましい変化をするように利得を制御することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態に係る増幅回路２は、図１に示すように、可変利得増幅器４と、レジスタ６と、Ａ／Ｄコンバータ８と、制御部１０と、を含んで構成される。例えば本実施形態に係る増幅回路２は、マイクロフォンなどにより集音された音声を表す電圧信号を入力信号として受け付けて、当該入力信号を音量レベルが略一定のデジタルデータに変換するオーディオコーデック回路などに用いられる。

可変利得増幅器４は、プログラマブルゲインアンプ等であって、外部から入力される電圧信号を入力信号Ｖｉとして受け付けて、当該入力信号Ｖｉを増幅した出力信号ＶｏをＡ／Ｄコンバータ８に対して出力する。可変利得増幅器４の利得（増幅率）Ｇは、ｄＢを単位として表され、出力信号Ｖｏの入力信号Ｖｉに対する比の常用対数に比例する値となる。

可変利得増幅器４の利得Ｇは、可変利得増幅器４の外部から入力される制御信号に基づいて変化する。本実施形態においては、この制御信号は離散的な値を示すデジタル信号であって、これに応じて利得Ｇは離散的に変化する。

具体的に、本実施形態における可変利得増幅器４は、レジスタ６に格納された格納値Ｄｒに応じた利得Ｇで、入力信号Ｖｉの変換を行う。レジスタ６は、デジタル情報を格納するメモリであって、本実施形態においては格納値Ｄｒを格納している。この格納値Ｄｒは、後述するように、制御部１０によって更新される。そして、格納値Ｄｒのうち、整数部に対応する所定の上位ビットによって表される値が、利得Ｇの値として可変利得増幅器４に入力される。

なお、利得Ｇは、負の値を採り得ることとしてもよい。利得Ｇが負の値となっている場合、可変利得増幅器４は、入力信号Ｖｉを減衰させてより小さな振幅の出力信号Ｖｏを出力することとなる。

Ａ／Ｄコンバータ８は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路であって、可変利得増幅器４が出力する出力信号Ｖｏを検出し、デジタル値（以下、出力値Ｄｏという）に変換して出力する。この出力値Ｄｏが、増幅回路２全体の出力となる。具体的に、Ａ／Ｄコンバータ８は、所定時間おきに出力信号Ｖｏのサンプリングを行い、その結果を出力値Ｄｏとして出力する。この場合の所定時間は、例えば外部から供給されるクロック信号により決定される。

制御部１０は、例えばロジック回路等により構成され、Ａ／Ｄコンバータ８が所定時間おきに出力する出力値Ｄｏを入力として受け付ける。そして、この出力値Ｄｏにより表される信号に対して、デジタル検波処理を行うことにより、出力信号Ｖｏの振幅（レベル）を表すデジタル値（以下、振幅値Ｄｌという）を算出する。さらに、制御部１０は、この振幅値Ｄｌが所定の基準値Ｄａに近づくように、可変利得増幅器４の利得Ｇを変化させる制御を行う。具体例として、制御部１０は、まず振幅値Ｄｌと基準値Ｄａの大小を比較する。そして、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより大きい場合には利得Ｇを下げる方向に、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合には利得Ｇを上げる方向に、それぞれ利得Ｇを変化させる制御を行う。

ここで、制御部１０は、振幅値Ｄｌに応じて決まる変化量で、利得Ｇを変化させる。すなわち、利得Ｇの単位時間当たりの変化量は、固定値ではなく、出力信号Ｖｏの振幅を表す振幅値Ｄｌによって変わることとなる。本実施形態においては、制御部１０は、振幅値Ｄｌに応じて決まる加算値ΔＤｒを、レジスタ６に格納されている格納値Ｄｒに加算する。このとき、制御部１０は、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合には正の加算値ΔＤｒを、逆に振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより大きい場合には負の加算値ΔＤｒを、それぞれ格納値Ｄｒに加算する。前述したように、可変利得増幅器４は、レジスタ６に格納された格納値Ｄｒに応じた利得Ｇで増幅を行う。そのため、制御部１０は、格納値Ｄｒを更新することにより、振幅値Ｄｌが所定の基準値Ｄａに近づくように利得Ｇを変化させることができる。

この加算値ΔＤｒを格納値Ｄｒに加算する処理は、例えばＡ／Ｄコンバータ８が出力信号Ｖｏのサンプリングを行い、新たな出力値Ｄｏを制御部１０に対して出力するごとに実行される。これにより、例えば出力信号Ｖｏの振幅が所定の基準値より低い間は、制御部１０が正の加算値ΔＤｒを格納値Ｄｒに加算する処理が所定時間おきに繰り返される。この加算処理が繰り返し実行された結果、格納値Ｄｒの整数部によって表される値が繰り上がりによって増加すると、可変利得増幅器４の利得Ｇも増加する。ここで、所定時間おきに格納値Ｄｒに加算される加算値ΔＤｒは、振幅値Ｄｌに応じて算出された値となっているので、単位時間当たりの利得Ｇの変化量は振幅値Ｄｌに応じて変化することとなる。

以下では、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合を例として、制御部１０が、当該振幅値Ｄｌに応じて決まる変化量で利得Ｇを増加させる制御の具体例について、説明する。この例においては、制御部１０は、振幅値Ｄｌと、基準値Ｄａと、の比に応じて決まる変化量で、利得Ｇを変化させる。具体的には、制御部１０は、振幅値Ｄｌ及び基準値Ｄａに基づいて、以下に示すような計算式（１）により算出される加算値ΔＤｒを、格納値Ｄｒに加算する。
ΔＤｒ＝＋Ａ／(Ｄｌ／Ｄａ) ・・・（１）
ここで、Ａは所定の係数であって、正の値である。

計算式（１）によれば、出力信号Ｖｏの振幅が小さい（すなわち振幅値Ｄｌが小さい）ときほど加算値ΔＤｒは大きくなり、出力信号Ｖｏの振幅が大きい（すなわち振幅値Ｄｌが大きい）ときほど加算値ΔＤｒは小さくなる。そのため、制御部１０は、出力信号Ｖｏの振幅が小さいときほど大きな変化量で利得Ｇを増加させ、出力信号Ｖｏの振幅が基準値Ｄａに近づくにつれて小さな変化量で利得Ｇを増加させるよう制御することができる。

なお、振幅値Ｄｌの値が非常に小さい場合には、計算式（１）により算出されるΔＤｒの値が極めて大きな値になってしまう場合がある。このような値をそのまま格納値Ｄｒに加算してしまうと、利得Ｇが急激に変化したりするおそれがある。そこで、加算値ΔＤｒに上限値を設け、計算式（１）によって算出される値が所定の上限値を超えてしまう場合には、当該上限値を加算値ΔＤｒとして格納値Ｄｒに加算することとしてもよい。これにより、利得Ｇの変化量は、所定の上限を超えないように、制御される。

図２は、この例において、時刻ｔ＝０において小さな振幅の入力信号が入力された場合の、利得Ｇの時間変化の様子を示すグラフである。図２において、実線は、上述した計算式（１）によって算出されたΔＤｒを格納値Ｄｒに加算する制御を実行した場合の利得Ｇの変化を示している。また、破線は、比較対象として、固定値（例えばΔＤｒ＝＋Ａ）を格納値Ｄｒに加算する制御を実行した場合の利得Ｇの変化を示している。また、図３は、このような計算式（１）を用いた制御を実行した場合の、出力信号の振幅の変化の一例を示す波形図である。この図の例においては、図６に示した従来の増幅回路の場合と比較して、出力信号の振幅は一定の割合で緩やかに増加している。この図に示されるように、計算式（１）により決定される変化量で利得Ｇを変化させることによって、出力信号の振幅は直線的に変化する。そのため、例えば増幅回路２をオーディオコーデック回路として用いる場合、出力される音声信号は、人間の耳に自然に聞こえるように変化することとなる。

次に、制御部１０が振幅値Ｄｌに応じて決まる変化量で利得Ｇを増加させる制御の別の例について、説明する。この例においては、制御部１０は、振幅値Ｄｌが採りうる値の範囲を複数の数値範囲に区切って、実際に算出された振幅値Ｄｌが、当該複数の数値範囲のうちどの数値範囲に属するかに応じて、利得Ｇの変化量の決定方法を変更する。具体的には、複数の数値範囲のそれぞれに対応付けて予め定められた値を定数Ａとして用いて、前述した計算式（１）により加算値ΔＤｒを算出し、格納値Ｄｒに加算する。

例えば制御部１０は、振幅値Ｄｌが３つの数値範囲のいずれに属するかによって、３段階に定数Ａを変化させる。すなわち、振幅値Ｄｌが第１の閾値Ｔｈ１未満の場合には、所定の定数Ａ１を用いて加算値ΔＤｒを算出し、振幅値Ｄｌが閾値Ｔｈ１以上かつ第２の閾値Ｔｈ２（＞Ｔｈ１）未満の場合には、所定の定数Ａ２を用いて加算値ΔＤｒを算出し、振幅値Ｄｌが閾値Ｔｈ２以上の場合には、所定の定数Ａ３を用いて加算値ΔＤｒ３を算出する。このとき、３つの定数は、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３の関係が成り立つように決定しておく。こうすれば、振幅値Ｄｌが小さいときほど大きな変化量で利得Ｇを増加させる制御を実現できる。

図４は、この例において、時刻ｔ＝０において小さな振幅の入力信号が入力された場合の、利得Ｇの時間変化の様子を示すグラフである。また、図５は、このような制御を実行した場合の、出力信号の振幅の変化の一例を示す波形図である。この例によれば、図５に示すように、出力信号の振幅が小さい状態においては素早く振幅を増加させ、出力信号の振幅がある程度大きくなった後は、図６に示す従来の増幅回路の場合と比較して、比較的緩やかに振幅が増加するように、利得Ｇを制御することができる。

なお、制御部１０は、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合と、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより大きい場合と、で利得Ｇの制御の方法を変えてもよい。例えば増幅回路２をオーディオコーデック回路として用いる例において、急にそれまでより小さな音量の音声信号が入力された場合には、徐々に利得Ｇを増加させて小さな音量の信号を所定の基準値まで増加させる一方で、急にそれまでより大きな音量の音声信号が入力された場合には、すばやく利得Ｇを減少させて音量を抑える制御を行うことが望ましい。そこで、振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより小さい場合には、上述したように、振幅値Ｄｌに応じて決まる変化量で利得Ｇを増加させ、逆に振幅値Ｄｌが基準値Ｄａより大きい場合には、従来の増幅回路と同様に所定の固定値（例えばΔＤｒ＝−Ａ）を格納値Ｄｒに加算し、一定の変化量で利得Ｇを減少させることとしてもよい。

以上説明した本実施の形態に係る増幅回路２によれば、可変利得増幅器４が出力する出力信号の振幅に応じて決まる変化量で、利得Ｇを変化させることにより、出力信号の振幅が望ましい変化をするよう利得Ｇを制御することができる。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明においては、制御部１０は出力信号の振幅が一つの基準値Ｄａに近づくように、利得Ｇを制御することとしたが、基準値Ｄａは複数あってもよい。すなわち、例えば振幅値Ｄｌが第１基準値Ｄａ１を超える場合には第１基準値Ｄａ１に近づくように利得Ｇを制御し、振幅値Ｄｌが第２基準値Ｄａ２を下回る場合には第２基準値Ｄａ２に近づくように利得Ｇを制御し、振幅値ＤｌがＤａ２以上Ｄａ１以下の場合には利得Ｇを現状のまま維持するような制御を実行することとしてもよい。

また、以上の説明においては、可変利得増幅器４がアナログ信号である入力信号を利得Ｇで増幅した後、Ａ／Ｄコンバータ８が増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換することとしている。しかしながら、これに限らず、可変利得増幅器４はデジタル回路で構成されることとしてもよい。この場合、可変利得増幅器４は、アナログ信号をＡ／Ｄコンバータによって変換するなどして得られるデジタル信号を入力信号として、当該入力信号を増幅し、増幅されたデジタル信号を出力信号として出力する。この場合にも、可変利得増幅器４がデジタル的に信号の増幅を行う際の利得Ｇを出力信号の振幅に応じて決まる変化量で変化させることによって、出力信号の振幅が不自然に変化することを防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係る増幅回路の概略の構成例を表す回路図である。本発明の実施の形態に係る増幅回路における利得の時間変化の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る増幅回路における出力信号の振幅の変化の一例を示す波形図である。本発明の実施の形態に係る増幅回路における利得の時間変化の別の例を示す図である。本発明の実施の形態に係る増幅回路における出力信号の振幅の変化の別の例を示す波形図である。従来の増幅回路における出力信号の振幅の変化の一例を示す波形図である。

符号の説明

２増幅回路、４可変利得増幅器、６レジスタ、８Ａ／Ｄコンバータ、１０制御部。

Claims

利得可変な増幅器と、
前記増幅器が出力する出力信号の振幅を検出する振幅検出手段と、
前記検出される出力信号の振幅に基づいて、当該出力信号の振幅が所定の基準値に近づくように、前記増幅器の利得を変化させる利得制御手段と、
を含み、
前記利得制御手段は、前記検出される出力信号の振幅に応じて決まる変化量で、前記増幅器の利得を変化させる
ことを特徴とする増幅回路。
請求項１記載の増幅回路において、
前記利得制御手段は、前記検出される出力信号の振幅と、前記所定の基準値と、の比に応じて決まる変化量で、前記増幅器の利得を変化させる
ことを特徴とする増幅回路。
請求項１記載の増幅回路において、
前記利得制御手段は、前記検出される出力信号の振幅が、当該振幅が採りうる値の範囲を区切って得られる複数の数値範囲のうち、どの数値範囲に属するかに応じて決まる変化量で、前記増幅器の利得を変化させる
ことを特徴とする増幅回路。
請求項１から３のいずれか一項記載の増幅回路において、
前記増幅器は、所定のレジスタに格納された値に応じた利得で入力信号の変換を行い、
前記振幅検出手段は、所定時間おきに前記出力信号の振幅を検出し、
前記利得制御手段は、前記振幅検出手段が前記出力信号の振幅を検出するごとに、当該検出される出力信号の振幅に応じて決まる値を、前記所定のレジスタに格納された値に加算することにより、前記増幅器の利得を変化させる
ことを特徴とする増幅回路。
請求項１から４のいずれか一項記載の増幅回路において、
前記検出される出力信号の振幅に応じて決まる変化量は、所定の上限を超えない量である
ことを特徴とする増幅回路。